KR20020066124A - 부력과 크랭크샤프트를 이용한 파력 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해양 파로부터 에너지를 추출하는 파력발전장치에 관한 것으로, 그 목적은 부유식 또는 고정식 해양 구조물에 부력통을 설치하여 파도에 의해 부력통의 상승 하강의 상하 운동을 반복적으로 행함으로서 전기를 만들 수 있는 장치를 제공함에 있다.

본 발명은 해양 구조물을 수직으로 관통하는 복수개의 홀과, 상기 각 홀의 하부에 설치한 대형 부력통과, 상기 부력통 상부면에 상기 홀의 내측으로 부력을 모아주는 부력 집중 구조와, 상기 부력 집중 구조와 크랭크샤프트를 연결하는 연결 막대와, 상기 크랭크샤프트를 해양 구조물에 지지하는 지지대와, 상기 각 크랭크샤프트가 역방향 회전하는 것을 방지하기 위해 상기 지지대에 설치한 역방향 회전방지 스토퍼와, 상기 크랭크샤프트의 상부로 발전기와 연결되게 설치된 상부 회전축과, 상기 각 크랭크샤프트와 상부 회전축을 연결하여 동력을 전달하는 동력 전달장치와, 상기 상부 회전축의 끝단부에 크랭크샤프트의 회전을 가속시키기 위해 설치한 가속기어로 구성되었다.

Description

부력과 크랭크샤프트를 이용한 파력 발생장치{Wave power generating apparatus using floatage and crankshaft}

본 발명은 해양파로부터 에너지를 추출하는 파력발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부유식 또는 고정식 해양 구조물에 부력통을 설치하여 파도에 의해 부력통이 상승 하강의 상·하 운동을 반복적으로 행함으로서 전기를 만들 수 있도록 하는 장치에 관한 것이다.

해양파 에너지는 태양 에너지와 마찬가지로 아무리 사용하여도 고갈되지 않는 무한 청정 에너지라고 할 수 있다.

그러므로 인류 미래를 위한 대체 에너지원으로서의 큰 기대를 가지고 가용 에너지 추출 방법에 대한 연구가 오랫동안 수행되어 오고 있다.

특히 작은 파도의 조그만 부분에도 엄청난 에너지가 함유되어 있기 때문에 최근에는 파도에너지로부터 전기를 생산하는 파력발전에 대하여 연구가 집중되고 있는 실정이다.

오늘날 파도에너지로부터 전기를 생산하는 파력발전 방식은 거의 압축 공기방식을 채택하고 있고, 이 방식은 도 3에 도시한 바와 같이 수면 위에 떠 있는 밀폐된 용기(110)위에 공기가 통하는 홀(120)이나 관을 설치하여 파도(130)의 산이 용기(110)를 지날 때는 공기를 빨아들이게 되므로 공기가 안으로 들어오게 되는 것이다.

상기와 같은 방법을 이용하여 즉 공기의 흐름을 이용하여 공기 터빈(140)을돌리고 공기 터빈(140)이 발전기(150)를 구동시키도록 하여 발전을 하는 것이다.

이와 같은 압축 공기식 파력발전방식은 이미 많은 개발이 이루어져 있고 이웃 나라인 일본에서는 방파제에 상기와 같은 방식을 적용하여 약 60㎾/hr 규모의 압축 공기식 파력발전소를 건설한 바도 있다.

그러나 상기의 압축 공기식 파력발전장치의 방식은 초기 투자비가 높고 투자에 비해 효율이 낮으며 특히 큰 출력을 낼 수 없기 때문에 대용량 발전기로는 부적합하다는 치명적인 결점을 가지고 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 부유식 또는 해양 구조물에 부력통을 설치하여 파도에 의해 부력통이 상승 하강의 상하 운동을 반복적으로 행함으로서 전기를 만들 수 있도록 하는 장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은 해양 구조물을 수직으로 관통하는 복수개의 홀과, 상기 각 홀의 하부에 설치한 대형 부력통과, 상기 부력통 상부면에 상기 홀의 내측으로 부력을 모아주는 부력 집중 구조와, 상기 부력 집중 구조와 크랭크샤프트를 연결하는 연결 막대와, 상기 크랭크샤프트를 해양 구조물에 지지하는 지지대와, 상기 각 크랭크샤프트가 역방향 회전하는 것을 방지하기 위해 상기 지지대에 설치한 역방향 회전방지 스토퍼와, 상기 크랭크샤프트의 상부로 발전기와 연결되게 설치된 상부 회전축과, 상기 각 크랭크샤프트와 상부 회전축을 연결하여 동력을 전달하는 동력 전달장치와, 상기 상부 회전축과 연결된 동력 전달장치에 한쪽방향으로만 회전력을 전달할 수 있도록 형성한 래칫기어와, 상기 상부 회전축의 끝단부에 크랭크샤프트의 회전을 가속시키기 위해 설치한 가속기어로 구성되었다.

도 1 은 본 발명의 부력과 크랭크샤프트를 이용한 파력발전장치의 개념도

도 2 는 본 발명의 부력통으로부터 크랭크샤프트까지의 동력 전달 개념도

도 3 은 종래의 압축 공기식 파력발전장치의 개념도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(10)(10`) 크랭크샤프트 (11) 부력 집중 구조

(12) 연결 막대 (13) 해양 구조물

(14) 가속 기어 (15) 발전기

(16)(16`) 부력통 (17) 홀

(18) 파도 (19) 지지대

(20) 역방향 회전방지 스토퍼 (21) 상부 회전축

(22)(22`) 동력 전달장치 (110) 용기

(120) 홀 (130) 파도

(140) 공기 터빈 (150) 발전기

첨부도면에 의거하여 본 발명의 구성 및 작용에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명의 부력과 크랭크샤프트를 이용한 파력발전장치의 개념도이고,

도 2 는 본 발명의 부력통으로부터 크랭크샤프트까지의 동력 전달 개념도를 도시한 것으로서,

본 발명은 부유식 또는 고정식의 해양 구조물(13)을 수직으로 관통하는 다수개의 홀(17)과, 상기 각 홀(17)의 하부에 설치된 대형 부력통(16)과, 상기 각 부력통(13)의 상부면에 설치하여 홀(17)의 내측으로 부력을 한곳에 모아주기 위한 부력 집중 구조(11)와, 해양 구조물의 상부에 지지대(19)에 의해 설치되는 다수개의 크랭크샤프트(10)와, 상기 부력 집중 구조(11)와 크랭크샤프트(10)를 연결하는 연결 막대(12)와, 상기 크랭크샤프트(10)의 역방향 회전을 방지하기 위해 상기 지지대(19)에 설치된 역방향 회전방지 스토퍼(20)와, 상기 크랭크샤프트(10)의 상부로 발전기(15)와 연결되게 설치된 상부 회전축(21)과, 상기 각 크랭크샤프트(10)와 상부 회전축(21)을 연결하여 동력을 전달하는 동력 전달장치(22)와, 상기 상부 회전축(21)의 끝단부에 크랭크샤프트(10)의 회전을 가속시키기 위해 설치한 가속기어(14)로 구성되었다.

상기 부력통(16)의 기하학적 형상은 경우에 따라 원통형 혹은 6면체형(상자형), 또는 구형 등 임의로 선정할 수 있으면 내부가 빈 가볍고 튼튼한 물체로 만들어 파도가 지나갈 때 큰 부력이 발생하도록 구성하였다.

상기 부력 집중 구조(11)는 파도와 부력통(16)에 의해 발생되는 힘을 한곳으로 모아주기 위해 도 2와 같이 상부로 갈수록 좁아지는 피라미드 형상으로 구성하였다.

상기 크랭크샤프트(10)는 부력 집중 구조(11)와 연결 막대(12)에 의해 각각 연결되어 독립적인 회전을 하여 발전기로 회전력을 전달할 수 있도록 구성하였다.

상기 동력 전달장치(22)로는 기어와 체인, 혹은 풀리와 벨트를 이용하여 상부 회전축(21)으로 크랭크샤프트(10)의 회전력을 전달할 수 있고, 상부 회전축(21)에 설치되는 기어나 풀리는 자전거 뒷바퀴처럼 한쪽 방향으로만 회전력을 전달하는 래칫기어(Ratchet)구조로 설계하여 파도의 크기와 파장이 변하여 부력통(16)으로부터 힘이 전달되지 않는 크랭크샤프트(10)의 경우에는 상부 회전축(21)과 연동되어 회전하지 않고 멈추게 되어 상부 회전축(21)에 대해 상대적으로 역회전 할 수 있게 되어 크랭크샤프트(10)의 행정각이 변화하게 됨으로서 결과적으로 크랭크각이 해상조건에 맞게 조정되는 효과를 얻도록 구성되었다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 파도에 의해 각각의 부력통(16)이 상승과 하강의 상·하 운동을 반복적으로 행하고, 부력통(16)의 상·하 운동에 의해 발생된 힘은 부력 집중 구조(11)에 의해 한곳으로 집중되어 연결 막대(12)를 통해 크랭크샤프트를 회전시키며, 이렇게 형성된 회전력을 동력 전달 장치(22)와 상부 회전축(21)을 거쳐 발전기를 구동하게 되는 것이다.

이때 발전기(15)의 발전 효율을 높이기 위하여 가속 기어(14)를 상부 회전축(21)에 연착시켜 더욱 효과적인 발전을 할 수 있는 것이다.

또한 기상 조건의 변화에 따라 파고의 크기와 주기가 변화할 때에도 래칫기어와 역방향 회전방지 스토퍼(20)를 설치하여 불규칙한 크랭크샤프트(10)의 각 변화에 대해서도 일정한 방향으로 회전력이 집중되어 불규칙한 파도에도 잘 동작할 수 있는 것이다. 예로서 부력통(16)에 부력이 작용하고 부력통(16`)에는 부력이 작용하지 않거나 역방향으로 작용할 경우, 부력통(16)에 연결된 크랭크샤프트(10)는 회전하여 동력 전달 장치(22)와 상부 회전축(21)을 통하여 발전기(15)로 회전력을 전달하고, 이때 회전하지 않는 크랭크샤프트(10`)는 상부 회전축(21)에 설치된 래칫기어 구조의 동력 전달 장치(22)에 의해 상부 회전축과 연동되어 회전하지 않으며, 역방향 회전방지 스토퍼(20)에 의해 크랭크샤프트(10`)의 역방향 회전은 방지됨으로서 각각의 크랭크샤프트는 독립적으로 발전기(15)에 회전력을 전달할 수 있는 것이다.

상기와 같이 부력통(16)의 상·하 운동에 의해 크랭크샤프트(10)를 회전시키는 작동 원리는 자동차 엔진과 유사하나 자동차 엔진에서는 혼합 기체에 점화하여 폭발 행정이 일어날 때 피스톤에 큰 힘이 가해져서 피스톤이 아래로 내려가는 것과 반대로 파도의 산이 지날 때 부력통(16)에 큰 부력이 작동하여 자동차 엔진의 피스톤 역할을 하는 부력통(16)이 위로 올라가게 되는 점이 다르다고 할 수 있는 것이다.

즉 발명의 개념은 해양파 에너지에 의하여 구동되는 저속엔진이라 할 수 있다.

(변형예, 응용예 및 법적해석)

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

본 발명은 상기와 같은 구성과 작용으로 운영 및 보수 유지가 용이하고, 초기 투자 및 운영비가 저렴하며, 필요에 따라 장소 변경, 즉 이동이 가능하며 대용량 발전을 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 해양 구조물을 수직으로 관통하는 다수개의 홀과, 상기 각 홀의 하부에 설치된 부력통과, 상기 각 부력통의 상부면에 설치한 부력 집중 구조와, 상기 해양 구조물의 상부에 지지대에 의해 설치되는 다수개의 크랭크샤프트와, 상기 부력 집중 구조와 크랭크샤프트를 연결하는 연결 막대와, 상기 지지대에 설치된 역방향 회전방지 스토퍼와, 상기 크랭크샤프트의 상부로 발전기와 연결되게 설치된 상부 회전축과, 상기 각 크랭크샤프트와 상부 회전축을 연결하여 동력을 전달하는 동력 전달장치와, 상기 상부 회전축의 끝단부에 설치된 가속 기어와, 상기 상부 회전축에 설치된 동력 전달장치를 래칫기어 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 부력과 크랭크샤프트를 이용한 파력 발생장치.
2. 제 1 항에 있어서;

   상기 동력 전달장치로 기어와 체인 또는 풀리와 벨트로 구성된 것을 특징으로 하는 부력과 크랭크샤프트를 이용한 파력 발생장치.
3. 제 1 항에 있어서;

   부력통의 기하학적 형상은 경우에 따라 원통형 혹은 6면체형(사각형), 또는구형으로 구성된 것을 특징으로 하는 부력과 크랭크샤프트를 이용한 파력 발생장치.
4. 제 1 항에 있어서;

   상기 부력 집중 구조는 상부로 갈수록 좁아지는 피라미드 형상으로 구성된 것을 특징으로 하는 부력과 크랭크샤프트를 이용한 파력 발생장치.